Come migliorare la precisione delle termocoppie Tubeskin su un Butter-Pad

Questo articolo è la continuazione di “Come il Butter-Pad (o strato di supporto per saldatura) influisce sulla precisione delle termocoppie Tubeskin”.

WIKA ha condotto una serie di test – sia in campo sia utilizzando la fluidodinamica computazionale – per valutare la precisione delle termocoppie Tubeskin quando sono installate su un butter-pad rispetto a un tubo nudo. Abbiamo anche variato l’orientamento del materiale di apporto (trasversale o longitudinale), i suoi valori di emissività (ε = 0,45, 0,67 e 0,85) e abbiamo sottoposto i sensori a diverse condizioni operative (combustione a 6,9 MMBtu/ora e 12,7 MMBtu/ora).

Sulla base dei dati, siamo giunti a diverse conclusioni e a due modi per migliorare l’accuratezza delle termocoppie Tubeskin quando i sensori non sono installati direttamente su un tubo del forno nudo.

L’impatto dei Butter-Pad sulla precisione delle termocoppie Tubeskin: osservazioni e modi per migliorare l’accuratezza

Analizzando i dati, osserviamo quanto segue:

• La finitura di superficie del butter-pad ha avuto un impatto significativo sulla distribuzione della temperatura e, di conseguenza, sull’accuratezza della termocoppia montata su di esso. Aumentando il valore di emissività del butter-pad da 0,67 a 0,85, la sua temperatura superficiale è aumentata di -6°C e la sua deviazione di temperatura (rispetto al tubo nudo) di -7°C (vedere Tabella 2).
• Indipendentemente dal valore di emissività del butter-pad, il prodotto installato su un butter-pad legge più in alto rispetto a quando è installato su un tubo nudo. L’entità della deviazione dal valore reale è specifica del prodotto.
  
  
• Su tubo nudo, il prodotto schermato sembra avere una deviazione di temperatura più elevata rispetto alla versione non schermata ad alta frequenza di combustione (vedere Tabella 4). Si noti che i prodotti schermati, che registrano una temperatura leggermente inferiore a quella effettiva della termocoppia Tubeskin, possono potenzialmente avere prestazioni migliori se installati sul butter-pad.
• Possiamo dedurre che le termocoppie Tubeskin progettate per una lettura accurata su tubi nudi avranno una lettura più alta se installati su un butter-pad, e l’entità della deviazione di temperatura sarà determinata dall’emissività, dalle dimensioni e dalla conduttività termica del butter-pad.

Abbiamo ipotizzato due modi per migliorare le prestazioni del prodotto quando viene installato su un butter-pad:

• Variare la conduttività termica del butter-pad attraverso l’uso di diversi materiali di saldatura.
• Ridurre l’emissività del butter-pad attraverso la preparazione della superficie.

Per la seguente simulazione fluidodinamica computazionale, abbiamo:

• aumentato la conduttività termica del butter-pad del 20%.
• ridotto del valore di emissività da 0,67 a 0,45.

La termocoppia Tubeskin e le dimensioni del butter-pad sono rimasti invariati.

Abbiamo riscontrato che aumentando la conduttività termica del butter-pad e diminuendo la sua emissività si è ottenuta un’accuratezza significativamente migliore del prodotto non schermato (vedere Tabella 6), da -7°C a -15°C (∆ -9°C) e da -3°C a -17°C (∆ -4°C). Per il prodotto schermato, il miglioramento è stato marginale, da -5°C a -7°C (∆ -16°C) e da -6°C a -9°C (∆ -15°C).

Tabella 6: Deviazione di temperatura della termocoppia Tubeskin non schermata rispetto a quella non schermato su ε = 0,45 butter-pad e condizione termica = 1,2, simulazione fluidodinamica computazionale

*I valori sono arrotondati

Conclusioni e passi successivi

L’installazione di una termocoppia su un butter-pad è una buona mossa per ragioni metallurgiche, ma comporta una penalizzazione in termini di precisione. Detto questo, per i prodotti che normalmente hanno una lettura inferiore a quella effettiva, la lettura sarà più alta di prima su un butter-pad; a seconda dell’esecuzione del prodotto, potrebbero persino avvicinarsi alla lettura effettiva o essere più alti di quella effettiva. Allo stesso modo, per i prodotti che normalmente leggono più in alto delle reali condizioni, la deviazione di temperatura è ancora maggiore quando la termocoppia è installata su un butter-pad.

La variazione delle proprietà fisiche del butter-pad, come l’emissività e il materiale di copertura, può migliorare l’accuratezza di una termocoppia Tubeskin. Tuttavia, l’efficacia di queste misure è unica per il prodotto che viene installato; per arrivare a una soluzione ottimale sarebbero necessari test e analisi CFD.

L’obiettivo finale, naturalmente, è quello di utilizzare le informazioni e gli insegnamenti di questo progetto per guidare i clienti nella progettazione di soluzioni di misura di temperatura per i loro specifici riscaldatori, condizioni operative, tubi del forno e termocoppie Tubeskin.

WIKA, competenza nella misura di temperatura di termocoppie Tubeskin

WIKA è leader mondiale nelle soluzioni per la misura della temperatura per applicazioni downstream nell’industria oil&gas. Oltre alla produzione e alla personalizzazione di termocoppie Tubeskin di alta qualità e di termocoppie multipoint per le unità di raffinazione, forniamo diversi servizi progettati per migliorare le operazioni di un impianto:

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